[发明专利]基于二维指数-正弦超混沌系统的视频流加密系统

说明书

本发明公开了一种基于二维指数‑正弦超混沌系统的视频流加密系统，包括构建2D‑ES超混沌系统和利用2D‑ES超混沌系统对视频信息进行混沌加密算法，基于2D‑ES超混沌系统的视频流加密算法，包括如下步骤：首先对视频流数据进行逐帧提取；再对提取后的帧图像数据进行RGB多通道提取；之后对抽取出的单通道图像数据进行混沌加密；将加密后的单通道图像数据重写回图像当中；在上述加密步骤结束后，将加密后的帧图像重新拼接为加密视频流。本发明基于2D‑ES超混沌系统的视频流加密算法具有较高的密码安全性和较好的实际应用前景。

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，具体涉及基于二维指数-正弦超混沌系统的视频流加密系统。

背景技术

目前随着全球进入后疫情时代，出于疫情防护的需要，同时伴随5G时代的到来，越来越多的人际间交流迁移到了线上进行。例如视频商业谈判，公司内部视频会议等。而随着线上视频会议的增多，导致部分网络黑客出于经济利益诱惑，开始窃取互联网中传输的视频数据内容，并以此来获得不法收益。因此，为了保护公司及个人的隐私以及信息安全，对于视频加密的需求越来越大。

但是目前的视频加密算法普遍存在着加密过程复杂，耗时较长等缺点。对一些要求能够进行实时加密传输的领域，现有加密算法并不能满足其要求。而随着Matthews等人将混沌系统应用于信息加密领域当中后，混沌加密算法便引起了研究人员的注意。到目前为止，已有多种一维混沌系统被应用于了信息加密领域。上述一维混沌系统多数具有迭代速度快、实现方法简单等特点。但是由于一维混沌系统的系统控制参数较少，相空间轨道分布较为单一，因此极易受到相空间重构等方法的攻击，从而导致密文被恶意破解。研究者为了克服一维混沌系统的缺点，提出了一系列的改进方案，例如：有研究者将一维混沌系统的多个控制参数间进行耦合操作，从而使得整个系统的混沌性质变得更加复杂。也有研究者将多个一维混沌映射整合为一个系统，整个加密过程中在不同混沌系统间进行切换或级联操作。通过上述方法，可以使得一维混沌系统具有更好的迭代效率和不可预测性。与此同时，也有研究者尝试通过构建复数域上的一维混沌系统来对信息进行加密，以期获得更好的混沌特性与加密效果。尽管目前通过上述改进手段提高了一维混沌系统的信息加密强度，但是，受限于一维混沌系统自身的结构与参数特点，其信息加密强度仍然有待提高。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有视频加密算法中系统控制参数较少，相空间轨道分布较为单一，极易受到相空间重构等方法的攻击，从而导致密文被恶意破解的问题，提供一种基于二维指数-正弦超混沌系统的视频流加密系统，该系统在加密视频流时，具有密钥空间大，加密效果好的特点。

技术方案：本发明通过向一维正弦混沌映射系统中引入非线性指数项和高次幂项来对一维混沌系统进行维度提升，被引入的非线性指数项和高次幂项作为混沌扰动源来对正弦混沌映射的迭代过程进行扰动。通过上述方法，构建出了一个新的二维指数-正弦超混沌系统，对该系统的混沌特性进行研究，发现该系统具有超混沌特性，相空间轨道分布结构复杂，在该系统的基础上，提出了一套视频加密算法。

一种基于二维指数-正弦超混沌系统的视频流加密系统，包括构建2D-ES超混沌系统和基于2D-ES超混沌系统的视频流加密算法；所述2D-ES超混沌系统的迭代公式，如公式(1)所示：

其中，控制参数a,b满足a∈[0,0.4],b∈[0,1.7]，初始值x₀,y₀满足x₀∈[0,1]，y₀∈[0,2]时，系统处于超混沌状态；

基于2D-ES超混沌系统的视频流加密算法，包括如下步骤：

1)首先对视频流数据进行逐帧提取；

2)再对提取后的帧图像数据进行RGB多通道提取；

3)之后对抽取出的单通道图像数据进行混沌加密；